硝酸铈铵调控石墨化学机械抛光的机制研究及其在集成电路中的应用潜力

本文系统研究了硝酸铈铵（CAN）对石墨化学机械抛光（CMP）性能的影响，揭示了氧化剂浓度与材料去除率（MRR）的非线性关系（峰值达436.6 nm/min），提出通过强氧化与机械力协同作用可实现石墨烯近零缺陷可控去除，为集成电路（IC）中新型互连材料加工提供理论指导。

　　

Highlight

化学机械抛光（CMP）中，材料去除通过化学反应（如氧化）与机械磨损的协同作用实现。浆料中的氧化剂对CMP过程至关重要。本研究探讨了五种氧化剂（CAN、KClO₃、K₂S₂O₈、H₂O₂和KIO₃）对石墨CMP性能的影响。为确保电子转移水平一致，各氧化剂浓度均按其半反应化学计量比计算。

Conclusions

本研究主要探究了CAN对石墨CMP性能的影响，并提出相应的材料去除机制，结论如下：

1. 1.

   CAN在五种测试氧化剂中表现出最高的石墨去除率，归因于其强氧化能力促进石墨氧化剥离；

2. 2.

   随CAN浓度增加，石墨MRR呈先升后降趋势，0.45 wt%时达峰值436.6 nm/min；

3. 3.

   低浓度CAN形成机械强度较低的氧化膜，而高浓度下C=O键占比增加使膜层稳定性增强，且生成的CeO₂与SiO₂磨料形成Ce-O-Si键进一步抑制磨损。该发现为石墨烯CMP工艺开发提供了重要参考。